劉永軍,莊喜弘,郭世慶

(沈陽(yáng)建筑大學(xué)土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110168)

木結(jié)構(gòu)建筑因其綠色環(huán)保、造價(jià)低廉且取材方便,在村鎮(zhèn)建筑中尤其是我國(guó)西南部村寨中占據(jù)主流。我國(guó)傳統(tǒng)村落中,常見木結(jié)構(gòu)建筑的木梁通常裸露在外,沒(méi)有任何防護(hù),木質(zhì)樓板也常以一層木板進(jìn)行簡(jiǎn)單拼接而成,這種結(jié)構(gòu)形式在火災(zāi)發(fā)生后,火勢(shì)極易迅速蔓延,在短時(shí)間內(nèi)就完全喪失承載能力,造成木質(zhì)房屋倒塌。由此可見,解決村鎮(zhèn)木結(jié)構(gòu)房屋發(fā)生火災(zāi)后傳統(tǒng)的木梁和樓板易燃燒倒塌的問(wèn)題,關(guān)系到村鎮(zhèn)社會(huì)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)建設(shè),應(yīng)該引起重視[1-3]。因此,為了提高木結(jié)構(gòu)耐火時(shí)間,減少居民生命財(cái)產(chǎn)損失,研究如何提高木結(jié)構(gòu)建筑尤其是木梁和樓板的耐火性能具有重要意義。

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)提高木結(jié)構(gòu)建筑耐火性能、延長(zhǎng)耐火時(shí)間和受火后的力學(xué)性能等進(jìn)行了大量研究。E.M.Fonseca等[4]通過(guò)在木板中夾入鋼板進(jìn)行耐火性能研究,研究表明,鋼板在一定程度上隔絕了火源和木材的接觸,增加了耐火時(shí)間,但高溫會(huì)導(dǎo)致鋼板附近的木材焦化嚴(yán)重。L.R.Richardsonl等[5]設(shè)計(jì)了在樓板下放置石膏板的形式來(lái)延長(zhǎng)樓板的耐火時(shí)間,但石膏板質(zhì)量大,對(duì)樓板的支撐能力產(chǎn)生一定的負(fù)擔(dān)。許清風(fēng)等[6]對(duì)木梁三面受火的力學(xué)性能進(jìn)行研究,得出不同受火時(shí)間木梁承載能力有明顯降低,幅度在2%～95%。蔡炎等[7]對(duì)木梁溫度場(chǎng)及受火后力學(xué)性能進(jìn)行分析,得出木梁截面尺寸的變化對(duì)受火后剩余承載力影響較小,受火時(shí)間對(duì)受火后剩余承載力影響較大。

大部分研究多采用在木結(jié)構(gòu)上加裝鋼板或者石膏板增加木結(jié)構(gòu)的耐火性能,對(duì)利用薄鋼板增加木梁和樓板的耐火性能研究很少。因此,筆者提出一種木-鋼梁板組合結(jié)構(gòu),并參考許清風(fēng)[8]三面受火耐火極限試驗(yàn)研究,根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50005—2005)和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016—2014),設(shè)計(jì)了木-鋼梁板組合結(jié)構(gòu)和普通杉木梁板組合結(jié)構(gòu)在同等條件下的火災(zāi)對(duì)比耐火試驗(yàn)。研究表明,木-鋼梁板組合結(jié)構(gòu)中薄鋼板有效阻礙了火源熱量向木材輻射,減少了木梁和樓板炭化速率,增加了其承載能力;該結(jié)構(gòu)工藝簡(jiǎn)單,節(jié)能環(huán)保且造價(jià),以較小的消耗換取木梁和樓板翻倍的耐火性。

1 試 驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)爐及火源設(shè)計(jì)

試驗(yàn)爐的長(zhǎng)×寬×高為4.2 m×2.8 m×1.6 m,用耐火紅磚砌成。分成左右兩個(gè)爐膛,左邊爐膛上方搭設(shè)新型木-鋼梁板組合結(jié)構(gòu)作為試驗(yàn)組,右邊爐膛上方搭設(shè)普通木質(zhì)木梁和樓板作為對(duì)照組。設(shè)計(jì)兩組熱釋放相同的火源[9]分別放置于兩個(gè)爐膛中。模擬自然火災(zāi)情況,在試驗(yàn)組和對(duì)照組構(gòu)件下方設(shè)置相同數(shù)量的木垛,每組木垛采取細(xì)木條橫豎交替擺放的方式,橫向和縱向的細(xì)木條均為800 mm,每層放置5根木條,一共20層,每組細(xì)木條的數(shù)量為100根。木垛每隔兩層就在縫隙里塞入碎布條,以便木垛能夠更快地被點(diǎn)燃。

1.2 試件設(shè)計(jì)

考慮現(xiàn)實(shí)原因只允許進(jìn)行一次火災(zāi)試驗(yàn),為進(jìn)行全面研究獲得更多試驗(yàn)數(shù)據(jù),本試驗(yàn)設(shè)計(jì)采取外包鍍鋅鋼板的單根木梁和外包鍍鋅鋼板的兩根物理拼接木梁混合搭建的方式。試驗(yàn)構(gòu)件木梁和樓板參考貴州省榕江縣高赧村一木結(jié)構(gòu)房屋建筑的木梁和樓板,該木質(zhì)房屋木梁直徑為10 cm左右,樓板厚度為26 mm左右。根據(jù)實(shí)際情況足尺選取試驗(yàn)?zāi)玖汉蜆前濉Ｄ玖褐睆竭x取(100±20)mm,木板厚度選取26 mm。

筆者設(shè)計(jì)了兩組木梁-樓板組合結(jié)構(gòu),進(jìn)行相同火源條件下的火災(zāi)對(duì)比試驗(yàn)。一組為木-鋼梁板組合結(jié)構(gòu):選取5根直徑為(10±2) cm,長(zhǎng)2.8 m杉木作為木梁,其中兩根利用粗鐵絲并排捆綁起來(lái)作為本試驗(yàn)主要研究的物理拼接木梁。木梁外部包裹厚0.4 mm的薄鋼板,間隔55 cm放置在試驗(yàn)爐左側(cè)。木梁上方依次搭設(shè)厚26 mm木板、厚0.4 mm鋼板和厚26 mm木板作為試驗(yàn)組樓板(見圖1)。另一組為純木質(zhì)結(jié)構(gòu):4根相似尺寸的杉木梁,以同樣的間距放置于試驗(yàn)爐右側(cè),上方搭建一層厚度26 mm的木板(見圖2)。為了方便分析,將木梁進(jìn)行編號(hào),從左到右依次為M1～M8,其中M3為物理拼接木梁。為防止木梁和樓板拼接留下的縫隙在試驗(yàn)過(guò)程中有火焰冒出,影響試驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)用木板將縫隙封死(見圖2)。

圖1 復(fù)合樓板及復(fù)合托梁Fig.1 The composite floor slabs and composite joists

圖2 傳統(tǒng)樓板和傳統(tǒng)托梁Fig.2 The traditional floor slabs and traditional joists

1.3 測(cè)點(diǎn)布置與測(cè)試內(nèi)容

為了使熱電偶測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)更有代表性和科學(xué)性,測(cè)點(diǎn)設(shè)置在木梁中段,受火源溫度影響最大的位置。由于木梁圓心處離各受溫表面距離相等,測(cè)量數(shù)據(jù)更有代表性,所以選取木梁截面圓心處布置熱電偶測(cè)點(diǎn)。為了更好地獲得木梁不同深度位置的溫度變化曲線,在試驗(yàn)組(左半部分試件)和對(duì)照組(右半部分試件)分別選取一根木梁,測(cè)量木梁截面半徑1/2處的溫度變化。為了更好更全面地研究樓板的受火情況和溫度變化情況,在樓板面的前半部分和后半部分分別布置熱電偶。同時(shí)在鍍鋅鋼板上下均布置熱電偶,以研究試驗(yàn)組鍍鋅鋼板對(duì)樓板耐火性能的影響。

本試驗(yàn)采用布置熱電偶的方式測(cè)量試件溫度,共布置熱電偶測(cè)點(diǎn)18個(gè),布置點(diǎn)位如圖3所示。測(cè)點(diǎn)1～8為木梁測(cè)點(diǎn),各測(cè)點(diǎn)均放置在木梁長(zhǎng)度的1/2位置處。其中1號(hào)測(cè)點(diǎn)布置于木梁組合M3中左側(cè)圓木梁截面半徑的1/2處,2、3號(hào)測(cè)點(diǎn)布置于木梁組合M3中兩個(gè)木梁的圓心處,4號(hào)測(cè)點(diǎn)布置于木梁組合M3兩根梁的切點(diǎn)處,5號(hào)測(cè)點(diǎn)布置于木梁M2的圓心位置。7、8號(hào)測(cè)點(diǎn)分別為木梁M6和木梁M7圓心處的測(cè)點(diǎn)。9號(hào)測(cè)點(diǎn)布置于木梁M6圓截面半徑的1/2處。測(cè)點(diǎn)10～14為樓板測(cè)點(diǎn),布置位置如圖所示。測(cè)點(diǎn)15～18為爐溫測(cè)點(diǎn),分別布置于木梁M2、M3、M6、M7的最下端[10]。

圖3 試驗(yàn)裝置與溫度測(cè)點(diǎn)示意圖Fig.3 The schematic diagrams of experimental setup and temperature measurement points

為確定熱電偶的具體位置,以O(shè)點(diǎn)位置為坐標(biāo)原點(diǎn)(O點(diǎn)位置為樓板左上角垂線與試驗(yàn)爐子的上表面的交點(diǎn))。建立空間直角坐標(biāo)系,其中Δx、Δy、Δz分別代表各點(diǎn)在軸上的坐標(biāo)值。其中正視圖為XZ軸,左視圖為YZ軸,俯視圖為XY軸(見圖3)。各熱電偶測(cè)點(diǎn)的具體坐標(biāo)如表1所示。

表1 熱電偶坐標(biāo)Table 1 The coordinates of thermocouples

1.4 荷載設(shè)計(jì)

為了模擬出真實(shí)木屋屋頂?shù)暮奢d,在試驗(yàn)組和對(duì)照組樓板上方均勻放置紅磚,以此測(cè)試梁板結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度。在試驗(yàn)構(gòu)件上方放置磚塊作為荷載,在M2、M6、M7木梁上方樓板上放置一排兩層磚塊,M3即物理拼接木梁上方放置兩排兩層的磚塊,其余木梁上方樓板上放置一排一層磚塊,并在木梁與木梁之間的樓板上放置一排一層磚塊,一排10塊。試驗(yàn)組共放置110塊磚,總質(zhì)量約300 kg,對(duì)照組共放置90塊磚,總質(zhì)量約240 kg。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

試驗(yàn)初期,試驗(yàn)組底層樓板被燒至碳化,頂層木板完好。對(duì)照組樓板底部碳化較快,樓板上方可以觀察到木板接縫處有明顯燒焦痕跡,并伴隨大量煙塵涌出(見圖4)。

圖4 試驗(yàn)初期現(xiàn)象Fig.4 The phenomenon of initial test

試驗(yàn)中期,試驗(yàn)組底層木板幾乎被燒至脫落,但頂層依舊完好,未見碳化痕跡。木梁頭尾截面處有被輕微熏黑的痕跡。對(duì)照組樓板已經(jīng)被燒穿,木梁中段處被燒至幾乎完全碳化,且中部橫截面積明顯小于端部,木梁M6、M7中段有明顯的向下形變(見圖5)。

圖5 試驗(yàn)中期現(xiàn)象Fig.5 The phenomenon of medium test

試驗(yàn)后期,試驗(yàn)組整體結(jié)構(gòu)沒(méi)有較大的形變,整體結(jié)構(gòu)仍保持完整。對(duì)照組樓板已完全燒塌,樓板上方作為荷載的磚頭已經(jīng)幾乎全部掉落爐膛中。由于試驗(yàn)當(dāng)天風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng),而火爐通風(fēng)口朝向東方向,導(dǎo)致對(duì)照組木梁M6先于其他木梁被燒斷,掉入爐膛中(見圖6)。

圖6 試驗(yàn)?zāi)┢诂F(xiàn)象Fig.6 The phenomenon of terminal test

2.2 試驗(yàn)爐溫度-時(shí)間曲線分析

根據(jù)爐溫的熱電偶測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)繪制溫度-時(shí)間曲線如圖7所示?？梢钥闯?四組木梁M2,M3,M6,M7下方火焰溫度曲線大致相似,試驗(yàn)前期溫度上升速率和后期溫度下降速率也基本相似。

圖7 爐溫曲線Fig.7 The curves of furnace temperatures

2.3 樓板溫度-時(shí)間曲線分析

樓板各測(cè)點(diǎn)溫度-時(shí)間折線如圖8所示。由圖可知,樓板的每個(gè)測(cè)點(diǎn)溫度曲線都是先上升后下降的趨勢(shì),滿足自然火災(zāi)溫度變化曲線。由于試驗(yàn)當(dāng)天風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng),爐膛里的火焰被風(fēng)吹歪,導(dǎo)致樓板后方的火勢(shì)比前方大,所以樓板溫度-時(shí)間曲線中,試驗(yàn)組第一層和第二層樓板后部溫度峰值都超過(guò)前部樓板。

圖8 樓板測(cè)點(diǎn)溫度-時(shí)間曲線Fig.8 The temperature-time curves of the floor measurement points

2.3.1 測(cè)點(diǎn)9、11、13的溫度變化對(duì)比分析

測(cè)點(diǎn)9是試驗(yàn)組第一層樓板前部的測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)11是試驗(yàn)組第二層樓板的前部的測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)13是對(duì)照組木板前部的測(cè)點(diǎn)。這幾個(gè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)位置相似,因此,筆者對(duì)這三個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)得的溫度變化數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析(見圖9)。

圖9 測(cè)點(diǎn)9、11、13溫度-時(shí)間曲線Fig.9 The temperature-time curves at measuring points 9,11,13

由圖可知,測(cè)點(diǎn)11在27～32 min的時(shí)間段里有很大的溫度波動(dòng),與試驗(yàn)前預(yù)測(cè)的平滑曲線嚴(yán)重不符,結(jié)合試驗(yàn)分析得出:該時(shí)間段試驗(yàn)組樓板組合中薄鋼板下方的木板被火源點(diǎn)燃,處于燃燒狀態(tài),與薄鋼板接觸導(dǎo)熱,使溫度迅速上升,一段時(shí)間后薄鋼板下方木板燃燒至碳化然后掉落,導(dǎo)致突然沒(méi)有熱源,而同時(shí)測(cè)點(diǎn)11上方有冷空氣經(jīng)過(guò),導(dǎo)致溫度急速下降。此時(shí)間段數(shù)據(jù)波動(dòng)異常,故不予對(duì)比分析。

對(duì)比分析可知,測(cè)點(diǎn)9和測(cè)點(diǎn)11在32～56 min溫度變化曲線基本吻合,但溫度卻相差200 ℃左右。據(jù)此得出:試驗(yàn)組第一層樓板與第二層樓板之間的薄鋼板對(duì)隔絕火源,降低上層木板的受熱溫度有顯著作用。

2.3.2 測(cè)點(diǎn)10、12、14的溫度變化對(duì)比分析

測(cè)點(diǎn)10、12、14都是測(cè)量樓板后部溫度的熱電偶測(cè)點(diǎn),對(duì)它們測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析(見圖10)。由于風(fēng)向原因,導(dǎo)致樓板后方的火勢(shì)較大,所以測(cè)得樓板后部的溫度比木板前部溫度高。

圖10 測(cè)點(diǎn)10、12、14溫度-時(shí)間曲線Fig.10 The temperature-time curves at measuring points 10,12,14

對(duì)照組樓板在30 min時(shí)達(dá)到最高溫度586.9 ℃后,溫度迅速下降。而試驗(yàn)組第一層樓板在48 min時(shí)才達(dá)到最高溫度843.1 ℃,說(shuō)明試驗(yàn)組第一層樓板比對(duì)照組樓板耐火時(shí)間多了18 min。這個(gè)結(jié)果和上面分析測(cè)點(diǎn)9、11、13得出的結(jié)果相一致,說(shuō)明火勢(shì)大小對(duì)新型復(fù)合樓板的耐火延長(zhǎng)時(shí)間影響較小。

試驗(yàn)組第二層樓板在49 min時(shí)溫度達(dá)到峰值714 ℃后,先是急劇下降了145 ℃,然后緩慢下降,但緩慢下降段溫度始終比同時(shí)刻的試驗(yàn)組第一層樓板溫度高約200 ℃。分析溫度劇烈下降的原因:測(cè)點(diǎn)12下方的第一層樓板燒塌,導(dǎo)致突然沒(méi)有直接接觸的熱源;溫度緩慢下降但仍比第一層高200 ℃說(shuō)明第二層木板仍然沒(méi)有燃燒,只是被高溫炙烤到部分碳化,所以仍保持著高溫。

2.4 木梁溫度-時(shí)間曲線分析

木梁各測(cè)點(diǎn)溫度-時(shí)間折線圖如圖11所示。由圖可知,測(cè)點(diǎn)6和測(cè)點(diǎn)8溫度隨時(shí)間波動(dòng)較大,其他測(cè)點(diǎn)溫度變化較為平緩。

圖11 木梁測(cè)點(diǎn)溫度-時(shí)間曲線Fig.11 The temperature-time curve of the wooden beam at the measuring points

測(cè)點(diǎn)6測(cè)量的是木梁M6的圓心溫度,測(cè)點(diǎn)8測(cè)量的是木梁M7的圓心溫度。木梁M7圓心溫度在41 min時(shí)達(dá)到了峰值溫度664.4 ℃,木梁M6圓心溫度在67 min時(shí)達(dá)到峰值溫度563.5 ℃。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他測(cè)點(diǎn)的最高溫度,說(shuō)明對(duì)照組這兩根木梁在模擬火災(zāi)試驗(yàn)中已經(jīng)完全燃燒起來(lái)。而M6比M7晚了26 min才達(dá)到峰值溫度,并且峰值溫度低100.9 ℃的原因是環(huán)境風(fēng)向使M7下方火源火勢(shì)更加旺盛使M7燃燒更快,且隨著時(shí)間推移燃料減少使火勢(shì)慢慢下降,使木梁達(dá)到的峰值溫度降低。

根據(jù)溫度-時(shí)間折線圖中測(cè)點(diǎn)2,測(cè)點(diǎn)3和測(cè)點(diǎn)5的數(shù)據(jù)顯示,可以看出這三處測(cè)點(diǎn)的溫度始終較為平緩,最高溫度沒(méi)有超過(guò)100 ℃,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于木材的最低燃點(diǎn)250 ℃。并且溫度始終低于其他幾組測(cè)點(diǎn)的溫度。這幾組數(shù)據(jù)測(cè)量的都是試驗(yàn)組包裹薄鋼板的木梁的圓心處溫度,位置位于木梁長(zhǎng)度1/2處。對(duì)比上方分析木梁M6、M7圓心處測(cè)點(diǎn)的溫度波動(dòng)情況可知,新型物理拼接木梁的耐火性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的普通杉木梁,在高溫火災(zāi)的情況下,沒(méi)有被引燃,整體結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有變形。

結(jié)合文獻(xiàn)[11]的木梁抗火分析,并根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果分析得出:新型物理拼接木梁擁有更好的耐火性能,極大延長(zhǎng)了木梁在火災(zāi)情況下的支撐時(shí)間,對(duì)比傳統(tǒng)木梁有更好的應(yīng)用價(jià)值。

2.5 樓板和木梁炭化深度的結(jié)果及分析

結(jié)合文獻(xiàn)[12]對(duì)木材炭化機(jī)理的研究結(jié)果,對(duì)本試驗(yàn)?zāi)举|(zhì)樓板和木梁的炭化結(jié)果進(jìn)行分析。

2.5.1 樓板的炭化

在試驗(yàn)70 min后,對(duì)照組的樓板已經(jīng)完全燒毀。試驗(yàn)組第一層樓板除了在包裹薄鋼板的木梁上方還有一些殘留外,也完全燒毀。試驗(yàn)組第二層樓板從外觀上來(lái)看除了木板與木板的拼接處有些許炭化痕跡外,整體依舊十分完好。將試驗(yàn)組第二層樓板與薄鋼板分離開來(lái),觀察第二層樓板近火面的炭化程度。發(fā)現(xiàn)第二層樓板與下方木梁接觸的部分炭化程度很小,特別是前部分由于是弱火側(cè),木板完全沒(méi)有炭化,仍呈現(xiàn)木質(zhì)原色。

選取強(qiáng)火側(cè)13號(hào)木板進(jìn)行觀察,13號(hào)木板炭化深度前側(cè)為1 cm,后側(cè)為1.1 cm,取平均值為1.05 cm(見圖12)。試驗(yàn)用木板的平均厚度為2.5 cm,可見試驗(yàn)組樓板在經(jīng)過(guò)70 min火災(zāi)試驗(yàn)后,炭化深度不到原有木板厚度的一半,整體結(jié)構(gòu)仍有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度可以支撐保證不塌陷。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后壓力測(cè)驗(yàn),試驗(yàn)組木板整體仍至少承量約200 kg。木-鋼復(fù)合樓板耐火性能和受火后剩余承載力較傳統(tǒng)樓板有顯著提高,與文獻(xiàn)[13]的研究結(jié)果一致。

圖12 13號(hào)木板炭化深度Fig.12 The carbonization depth of No.13 plank

2.5.2 木梁的炭化

對(duì)照組木梁M5和M7后段已經(jīng)被燒斷,木梁M6和M8雖然沒(méi)有燒斷但也炭化程度嚴(yán)重,通過(guò)尺子測(cè)量,去除炭化層后只殘留2～6 cm的木心,且最大處位于端部,對(duì)支撐整體結(jié)構(gòu)毫無(wú)作用,已經(jīng)失去能夠支撐住樓板及荷載的強(qiáng)度(見圖13(a))。

參考文獻(xiàn)[14]中分析方法,對(duì)受火后的試驗(yàn)組木梁進(jìn)行分析。試驗(yàn)組木梁從包裹的薄鋼皮中拆除出來(lái)后,炭化深度較淺,只有外表面一層炭化,平均炭化深度不超過(guò)1 cm,木梁部分表面仍呈現(xiàn)木質(zhì)原色(見圖13(b))。試驗(yàn)組木梁仍保有很大的抗壓強(qiáng)度,在試驗(yàn)后進(jìn)行壓力測(cè)試中,至少能夠支撐住三個(gè)成年人共計(jì)約200 kg(見圖14)。這與文獻(xiàn)[15]中木梁受火后受彎承載力試驗(yàn)的結(jié)果相似。

圖14 試驗(yàn)后剩余承載力測(cè)試Fig.14 The remaining bearing capacity test after the experiment

將試驗(yàn)組木梁分別在長(zhǎng)度的1/2處,1/4處和1/8處截?cái)?一根木梁分為6段,分別測(cè)量截面的炭化深度。取標(biāo)志性的M2和M3組木梁進(jìn)行測(cè)量,可見M3組各截面的最大炭化深度分別為0.7 cm,1.0 cm,0.5 cm,0.6 cm,0.5 cm,平均炭化深度為0.66 cm,最大值為1.0 cm(見圖15)。

圖15 M3組木梁炭化深度Fig.15 The carbonization degree of the beams in the M3 group

參考A.Firmanti等[16]研究的應(yīng)力水平與木材炭化深度之間的關(guān)系,試驗(yàn)組中木梁M2,M3的炭化深度十分平均,波動(dòng)在±0.5 cm,和試驗(yàn)組試驗(yàn)后木梁兩頭粗中間細(xì)的狀態(tài)有很大差距。經(jīng)火災(zāi)試驗(yàn)后,試驗(yàn)組木梁仍能夠有較好的支撐能力,這更進(jìn)一步驗(yàn)證了試驗(yàn)組的物理拼接木梁較傳統(tǒng)普通木梁有更好的耐火性以及在火災(zāi)下有更長(zhǎng)的耐火支撐時(shí)間。

3 結(jié) 論

(1)在相同試驗(yàn)條件下,22 min 34 s時(shí),對(duì)照組的樓板后部開始冒出火焰;25 min 22 s時(shí),對(duì)照組樓板大面積起火;33 min 40 s時(shí),對(duì)照組樓板后半部燒塌;45 min 52s時(shí)對(duì)照組樓板完全燒塌,而試驗(yàn)組一直到試驗(yàn)結(jié)束仍沒(méi)被破壞。對(duì)照組木梁試驗(yàn)過(guò)程中有兩根燒斷,試驗(yàn)組的梁板結(jié)構(gòu)相對(duì)完好,在試驗(yàn)結(jié)束后仍能承載約200 kg。木-鋼梁板組合結(jié)構(gòu)的火災(zāi)后抗倒塌性能和剩余承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)木質(zhì)梁板。

(2)通過(guò)溫度-時(shí)間曲線分析,試驗(yàn)組曲線均較為平緩,對(duì)照組溫度波動(dòng)很大。研究表明,木-鋼梁板組合結(jié)構(gòu)耐火時(shí)間相較于傳統(tǒng)木質(zhì)梁板結(jié)構(gòu)至少增加了30 min。試驗(yàn)組的木-鋼梁板組合結(jié)構(gòu)擁有比傳統(tǒng)木梁更優(yōu)秀的耐火性能和更長(zhǎng)的耐火時(shí)間。

(3)試驗(yàn)組中木-鋼梁板組合結(jié)構(gòu)通過(guò)外包鍍鋅板的方式使被包裹其中的木質(zhì)梁板炭化層厚度和炭化速率遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)木質(zhì)梁板體系,木梁的炭化深度平均減少了2.5 cm,木板炭化深度平均減少了1.6 cm。證明鍍鋅鋼板通過(guò)隔絕火焰的方式提高了木-鋼梁板組合結(jié)構(gòu)的耐火性能,顯著減少了木梁和樓板的炭化深度。